日本芝浦工業(yè)大學(xué)的研究成果提供了一種快速評估混凝土缺陷的無損檢測方法。

定位缺陷

混凝土材料中的缺陷檢測，對于土木工程和結(jié)構(gòu)應(yīng)用至關(guān)重要。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，日本芝浦工業(yè)大學(xué)（Shibaura Institute of Technology）開發(fā)了一種新的激光檢測方法，通過在混凝土中產(chǎn)生可控振動或壓力波并監(jiān)測它們在結(jié)構(gòu)中的傳播，從而檢測混凝土材料中的缺陷，幫助保護(hù)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。

該研究成果已發(fā)表于Mechanical Sciences期刊，據(jù)介紹，這種新方法使用激光誘導(dǎo)等離子體（LIP）產(chǎn)生沖擊波，而LIP本身通過Nd:YAG脈沖激光器的作用產(chǎn)生。

“我們使用LIP沖擊波作為非接觸、非破壞性的脈沖激勵。”芝浦工業(yè)大學(xué)的Naoki Hosoya評論道，“這使我們可以對混凝土結(jié)構(gòu)中的缺陷進(jìn)行遠(yuǎn)距離、完全無損的檢測。”

此前也有利用激光進(jìn)行過類似的研究，例如使用激光燒蝕固體表面作為施加必要激發(fā)的手段，但是表面燒蝕使檢測具有破壞性。利用LIP，通過在材料表面附近產(chǎn)生高溫等離子體，既無破壞性，也實(shí)現(xiàn)了非接觸檢測。

然后，通過激光多普勒測振儀（LDV）檢測材料的響應(yīng)，這是一種測量從振動表面反射激光多普勒頻移的技術(shù)，可以揭示振動的振幅和頻率。

更少測量，更快檢測

在試驗(yàn)中，研究人員利用1064 nm Nd:YAG激光器將5 ns的脈沖指向混凝土測試塊，混凝土塊中留有故意制作的缺陷。

聚焦脈沖迫使激光能量密度超過臨界值，從而產(chǎn)生高溫高密度等離子體。在實(shí)驗(yàn)中，該等離子體形成于距測試樣品表面5.5 mm處，產(chǎn)生的沖擊波壓力相當(dāng)于472 kPa。然后對缺陷區(qū)域混凝土表面上的多個點(diǎn)進(jìn)行振動分析。

除了在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)引發(fā)固有頻率響應(yīng)外，LIP沖擊波還在缺陷處誘發(fā)瑞利波（Rayleigh waves）。瑞利波是一種特殊形式的表面波，具有相對較快的速度，研究人員能夠通過檢測這些瑞利波的反射點(diǎn)成功地確定缺陷區(qū)域。

“使用瑞利波檢測缺陷的優(yōu)點(diǎn)在于，所需要的測量點(diǎn)更少。”Naoki Hosoya指出，“此外，可以縮短缺陷檢測所需要的時間。瑞利波傳播的可視化，有潛力應(yīng)用于檢測混凝土中的結(jié)構(gòu)和缺陷。”

其他相關(guān)研究

德國弗勞恩霍夫技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)研究所（ITWM）宣布開發(fā)一種分析軟件，旨在通過結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、結(jié)構(gòu)建模和成像以及統(tǒng)計(jì)方法，揭示鋼筋混凝土構(gòu)件中微小的結(jié)構(gòu)變化。

德國TUK大學(xué)（Technical University of Kaiserslautern）構(gòu)建了一種命名為Gulliver的系統(tǒng)，獨(dú)一無二地采用ITWM的分析軟件來分析混凝土變形過程中捕獲的CT成像數(shù)據(jù)。最初的試驗(yàn)將聚焦四點(diǎn)彎曲測試中大型混凝土梁裂縫的3D成像。

審核編輯 ：李倩